JP6794275B2 - 研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハなどの基板を研磨する方法に関し、特に基板の表面全体を平坦化することができる研磨方法に関する。

化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing、以下ＣＭＰという）は、ウェーハなどの基板を鏡面研磨することができる技術である。具体的には、砥粒を含むスラリーを研磨面に供給しながら、基板の表面全体を研磨面に摺接させる。ＣＭＰによれば、スラリーの化学成分による化学的作用と、スラリーの砥粒による機械的作用との組み合わせにより、基板は研磨されて鏡面仕上げされる。

半導体デバイスの製造においては、基板の表面全体を平坦にすることが求められる。しかしながら、基板の表面のエッジ部（外縁部）では、研磨荷重やスラリーの量の不足などに起因して、研磨不足が起こりやすい。そこで、従来から、複数の圧力室を備えた研磨ヘッドで基板を研磨する装置が知られている。このタイプの研磨ヘッドは、エッジ部を押圧する圧力室内の圧力を上げることにより、エッジ部への局所的な研磨荷重を増加させることができるので、エッジ部での研磨レートを上昇させることが可能である。

特開２００９−１３１９２０号公報

しかしながら、複数の圧力室を持つ上述の研磨ヘッドでも、基板のエッジ部を他の部分と同じ研磨レートで研磨することは難しい。特に、基板の最も外側の幅２ｍｍの領域では、研磨レートを制御することが難しく、結果として、エッジ部では研磨不足が起こりやすい。

そこで、本発明は、エッジ部を含む基板の表面全体を平坦化することができる研磨方法を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、スラリーを研磨面に供給しながら第１の基板の表面全体を前記研磨面に摺接させて前記第１の基板の表面全体を研磨し、前記第１の基板の表面上の複数の測定点での表面状態を測定し、前記表面状態の測定値とエッジ研磨データベースとに基づいて研磨条件を決定し、スラリーを前記研磨面に供給しながら第２の基板の表面全体を前記研磨面に摺接させる化学機械研磨工程、および前記第２の基板のエッジ部を研磨具で局所的に研磨するエッジ研磨工程のうちのいずれか一方を実行し、その後、前記化学機械研磨工程および前記エッジ研磨工程のうちの他方を前記第２の基板に対して実行し、前記エッジ研磨工程は、前記決定された研磨条件下で実行され、前記エッジ研磨データベースは、研磨時間と、基板の表面状態との相関関係を示すデータベースであることを特徴とする研磨方法である。

本発明の好ましい態様は、前記第２の基板に対して前記エッジ研磨工程を実行し、その後、前記第２の基板に対して前記化学機械研磨工程を実行することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、基板の表面状態は、基板の膜厚、基板の表面粗さ、または基板の表面上のパーティクルの数であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨条件を決定する工程は、前記第１の基板の表面のエッジ部と基準領域との間の膜厚の差を算出し、前記膜厚の差をなくすために必要な研磨条件をエッジ研磨データベースに基づいて決定する工程であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記エッジ研磨工程は、砥粒を含まない液体を前記第２の基板に供給しながら、前記研磨具を前記第２の基板のエッジ部に摺接させる工程であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨具の研磨面は、前記基板の表面よりも小さな面積を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記エッジ研磨データベースは、研磨荷重と、研磨時間と、基板の表面状態との相関関係を示すデータベースであることを特徴とする。

本発明の他の態様は、基板の表面上の複数の測定点での表面状態を測定し、前記表面状態の測定値とエッジ研磨データベースとに基づいて研磨条件を決定し、スラリーを研磨面に供給しながら基板の表面全体を前記研磨面に摺接させる化学機械研磨工程、および前記基板のエッジ部を研磨具で局所的に研磨するエッジ研磨工程のうちのいずれか一方を実行し、その後、前記化学機械研磨工程および前記エッジ研磨工程のうちの他方を前記基板に対して実行し、前記エッジ研磨工程は、前記決定された研磨条件下で実行され、前記エッジ研磨データベースは、研磨時間と、基板の表面状態との相関関係を示すデータベースであることを特徴とする研磨方法である。

本発明によれば、表面状態（例えば、膜厚）が他の箇所に比べて異なるエッジ部のみが局所的に研磨される。したがって、エッジ研磨工程と化学機械研磨工程との組み合わせは、表面状態を基板の表面全体に亘って均一にすることができ、エッジ部を含む基板の表面全体を平坦化することができる。

基板処理装置の一実施形態を示す平面図である。 図１に示すＣＭＰユニットの斜視図である。 図１に示すエッジ研磨ユニットの側面図である。 押圧部材の一実施形態を示す上面図である。 図４に示す押圧部材の側面図である。 研磨ヘッドおよび研磨テープを移動させながら基板を研磨している様子を示す図である。 ＣＭＰユニットによって基板が研磨された後に表面状態測定器によって測定された基板の膜厚の分布を示すグラフである。 エッジ研磨データベースの一例を示すグラフである。 エッジ研磨データベースの他の例を示すグラフである。 基板の表面を平坦化させるための研磨方法の一実施形態を示すフローチャートである。 図１１は、基板の表面を平坦化させるための研磨方法の他の実施形態を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、基板処理装置の一実施形態を示す平面図である。図１に示すように、基板処理装置は、多数の基板を収容する基板カセット（ウェーハカセット）が載置される４つのフロントロード部１を備えたロードアンロード部２を有している。フロントロード部１には、オープンカセット、ＳＭＩＦ（Standard Manufacturing Interface）ポッド、またはＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）を搭載することができるようになっている。ＳＭＩＦ、ＦＯＵＰは、内部に基板カセットを収納し、隔壁で覆うことにより、外部空間とは独立した環境を保つことができる密閉容器である。

ロードアンロード部２には、フロントロード部１の配列方向に沿って移動可能な第１の搬送ロボット（ローダー）３が設置されている。第１の搬送ロボット３は各フロントロード部１に搭載された基板カセットにアクセスして、基板を基板カセットから取り出すことができるようになっている。

第１の搬送ロボット３に隣接して表面状態測定器４が設置されている。この表面状態測定器４は、基板表面上の複数の測定点での基板の表面状態を測定することが可能である。基板の表面状態の例としては、基板の膜厚、基板の表面粗さ、および基板の表面上のパーティクルの数が挙げられる。上記複数の測定点は、基板の中心部からエッジ部まで基板の半径方向に並ぶ測定点である。

本実施形態では、基板の表面状態は膜厚である。表面状態測定器４は、基板の膜厚を測定することができる膜厚センサ（図示せず）を備えている。膜厚センサとしては、公知の渦電流センサ、公知の光学センサなどが使用できるので、その詳細な説明を省略する。光学センサは、基板の表面からの反射光を分析することにより、膜厚を測定する装置である。一実施形態では、表面状態測定器４は、表面粗さ測定器、またはパーティクルカウンターであってもよい。表面粗さ測定器およびパーティクルカウンターとしては、市場で入手可能なものが使用できるので、その詳細な説明を省略する。

基板処理装置は、ウェーハなどの基板の表面全体を化学機械的に研磨するためのＣＭＰ（化学機械研磨）ユニット１０と、基板の表面のエッジ部を局所的に研磨するためのエッジ研磨ユニット１１と、ＣＭＰユニット１０およびエッジ研磨ユニット１１の近傍に配置された第２の搬送ロボット１５と、基板が一時的に置かれる第１の基板ステーション１７および第２の基板ステーション１８を備えている。第２の搬送ロボット１５は基板を反転する機能も有している。一実施形態では、複数のＣＭＰユニット１０および／または複数のエッジ研磨ユニット１１を設けてもよい。

基板処理装置は、さらに、ＣＭＰユニット１０および／またはエッジ研磨ユニット１１で研磨された基板を洗浄する洗浄ユニット２０と、洗浄された基板を乾燥させる乾燥ユニット２１と、基板を第２の基板ステーション１８から洗浄ユニット２０に搬送する第３の搬送ロボット２４と、基板を洗浄ユニット２０から乾燥ユニット２１に搬送する第４の搬送ロボット２５と、基板処理装置全体の動作を制御する動作コントローラ３０とを備えている。本実施形態では、洗浄ユニット２０は、２つのロールスポンジを回転させながら基板の両面に接触させるロールスポンジタイプの洗浄機である。一実施形態では、洗浄ユニット２０は、ペンタイプのスポンジを回転させながら、基板の表面に接触させるペンスポンジタイプの洗浄機であってもよい。

乾燥ユニット２１は、ＩＰＡ蒸気（イソプロピルアルコールとＮ_２ガスとの混合気）と、純水をそれぞれのノズルから基板の表面に供給しながら、これらノズルを基板の表面に沿って移動させるように構成されている。一実施形態では、乾燥ユニット２１は、基板を高速で回転させるスピン乾燥機であってもよい。

基板処理装置の動作の一例は次のようになる。第１の搬送ロボット３は、基板を基板カセットから取り出し、第１の基板ステーション１７の上に置く。第２の搬送ロボット１５は、基板を第１の基板ステーション１７から取り上げ、ＣＭＰユニット１０またはエッジ研磨ユニット１１のいずれかに基板を搬入する。ＣＭＰユニット１０に搬送する場合は、第２の搬送ロボット１５は基板を反転させ、その後、ＣＭＰユニット１０に基板を搬入する。基板は、ＣＭＰユニット１０またはエッジ研磨ユニット１１により研磨される。研磨すべき基板をＣＭＰユニット１０またはエッジ研磨ユニット１１に搬送する前に、第１の搬送ロボット３により基板を表面状態測定器４に搬送して、基板の表面状態を測定してもよい。ＣＭＰユニット１０およびエッジ研磨ユニット１１のうちの一方で基板を研磨した後、ＣＭＰユニット１０およびエッジ研磨ユニット１１のうちの他方で基板を研磨してもよい。

第２の搬送ロボット１５は、ＣＭＰユニット１０またはエッジ研磨ユニット１１で研磨された基板を第２の基板ステーション１８に搬送する。基板がＣＭＰユニット１０で研磨された場合は、第２の搬送ロボット１５は基板を反転させ、その後、基板を第２の基板ステーション１８に搬送する。さらに、第３の搬送ロボット２４は、基板を第２の基板ステーション１８から洗浄ユニット２０に搬送する。基板は洗浄ユニット２０により洗浄される。第４の搬送ロボット２５は、洗浄された基板を洗浄ユニット２０から乾燥ユニット２１に搬送する。基板は乾燥ユニット２１により乾燥される。第１の搬送ロボット３は、乾燥された基板を乾燥ユニット２１から取り出し、基板カセットに戻す。乾燥された基板を基板カセットに戻す前に、第１の搬送ロボット３により基板を表面状態測定器４に搬送して、基板の表面状態を測定してもよい。

動作コントローラ３０は、搬送ロボット３，１５，２４，２５、表面状態測定器４、ＣＭＰユニット１０、エッジ研磨ユニット１１、洗浄ユニット２０、および乾燥ユニット２１の動作を制御するように構成されている。表面状態測定器４によって取得された表面状態の測定値は、動作コントローラ３０に送られるようになっている。

動作コントローラ３０は、その内部に記憶装置３０ａと、演算装置３０ｂを備えている。記憶装置３０ａはハードディスクドライブ（ＨＤＤ）またはソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などのストレージ装置を備える。演算装置３０ｂとしては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が使用される。記憶装置３０ａにはプログラムが予め格納されており、演算装置３０ｂはプログラムに従って動作する。搬送ロボット３，１５，２４，２５、表面状態測定器４、ＣＭＰユニット１０、エッジ研磨ユニット１１、洗浄ユニット２０、および乾燥ユニット２１は、動作コントローラ３０からの指示に従って動作する。動作コントローラ３０はコンピュータであってもよい。以下に記載する基板の表面を研磨する方法を基板処理装置に実行させるためのプログラムは、非一時的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納されてもよい。

図２は、図１に示すＣＭＰユニット１０の斜視図である。ＣＭＰユニット１０は、研磨パッド４０を支持する研磨テーブル４１と、基板（ウェーハなど）Ｗを研磨パッド４０に押し付けるトップリング４３と、研磨パッド４０にスラリーを供給するためのスラリー供給ノズル４６とを備えている。

研磨テーブル４１は、テーブル軸４７を介してその下方に配置されるテーブルモータ４８に連結されており、このテーブルモータ４８により研磨テーブル４１が矢印で示す方向に回転されるようになっている。研磨パッド４０は研磨テーブル４１の上面に貼付されており、研磨パッド４０の上面は基板Ｗを研磨する研磨面４０ａを構成している。研磨パッド４０の研磨面４０ａは、基板Ｗの表面よりも大きな面積を有しており、基板Ｗの表面全体は研磨面４０ａに接触することが可能である。トップリング４３はトップリングシャフト５０の下端に固定されている。トップリング４３は、その下面に真空吸着により基板Ｗを保持できるように構成されている。

基板Ｗの表面の研磨は次のようにして行われる。トップリング４３および研磨テーブル４１をそれぞれ矢印で示す方向に回転させる。スラリー供給ノズル４６から研磨パッド４０の研磨面４０ａ上にスラリーを供給しながら、トップリング４３により基板Ｗの表面（例えば配線パターンが形成された面）の全体を研磨パッド４０の研磨面４０ａに押し付ける。基板Ｗの表面の全体は、スラリーの化学成分による化学的作用とスラリーに含まれる砥粒による機械的作用との組み合わせにより研磨される。

図３は、図１に示すエッジ研磨ユニット１１の側面図である。エッジ研磨ユニット１１は、基板（ウェーハなど）Ｗの裏面の中心側領域を保持して回転させる基板保持部７１と、基板保持部７１に保持されている基板Ｗの表面のエッジ部に、研磨具である研磨テープ７２を押し付ける研磨ヘッド７４とを備えている。基板保持部７１は、基板Ｗを真空吸引により保持する保持面７５を有する基板ステージ７６と、基板ステージ７６を回転させるステージモータ７９とを備えている。

基板Ｗはその裏面が下向きの状態で基板ステージ７６の保持面７５上に載置される。保持面７５には溝７６ａが形成されており、この溝７６ａは真空ライン８０に連通している。真空ライン８０は図示しない真空源（例えば真空ポンプ）に接続されている。真空ライン８０を通じて基板ステージ７６の溝７６ａに真空が形成されると、基板Ｗは真空吸引により基板ステージ７６の保持面７５上に保持される。この状態でステージモータ７９は基板ステージ７６を回転させ、基板Ｗをその軸線を中心に回転させる。保持面７５の直径は基板Ｗの直径よりも小さく、基板Ｗの裏面の中心側領域は基板ステージ７６によって保持される。基板Ｗの表面のエッジ部は、基板ステージ７６の保持面７５から外側にはみ出している。

研磨ヘッド７４は、基板ステージ７６に隣接しており、かつ基板ステージ７６の保持面７５よりも高い位置に配置されている。より具体的には、研磨ヘッド７４は、基板Ｗの表面のエッジ部に対向して配置されている。研磨ヘッド７４は、研磨具としての研磨テープ７２を支持する複数のローラー８３と、研磨テープ７２を基板Ｗの表面に押し付ける押圧部材（例えば、押圧パッド）８４と、押圧部材８４に押圧力を付与するアクチュエータとしてのエアシリンダ８６とを備えている。エアシリンダ８６は押圧部材８４に押圧力を与え、これにより押圧部材８４は研磨テープ７２を基板Ｗの表面のエッジ部に押し付ける。なお、研磨具として、研磨テープ７２に代えて砥石を用いてもよい。研磨具として砥石を用いた場合でも同様に、砥石に対してエアシリンダなどのアクチュエータにより押圧力が加えられ、基板Ｗの表面のエッジ部に砥石が押圧されるように構成される。

研磨テープ７２の一端は巻き出しリール９１に接続され、他端は巻き取りリール９２に接続されている。研磨テープ７２は、巻き出しリール９１から研磨ヘッド７４を経由して巻き取りリール９２に所定の速度で送られる。使用される研磨テープ７２の例としては、表面に砥粒が固定されたテープ、または硬質の不織布からなるテープなどが挙げられる。研磨テープ７２の一方側の面は、基板Ｗを研磨するための研磨面を構成する。研磨テープ７２の研磨面は、基板の表面よりも小さい面積を有する。したがって、研磨テープ７２は基板のエッジ部のみを局所的に研磨することができる。研磨ヘッド７４は、研磨ヘッド移動装置９５に連結されている。この研磨ヘッド移動装置９５は、研磨ヘッド７４を基板Ｗの半径方向に移動させるように構成されている。

研磨ヘッド移動装置９５は、ボールねじ９７とサーボモータ９８との組み合わせから構成されたモータ駆動型移動装置である。この研磨ヘッド移動装置９５は、研磨テープ７２および研磨ヘッド７４を予め設定された速度で基板Ｗの表面に沿って移動させるように構成されている。基板ステージ７６の保持面７５の上方および下方には、基板Ｗにリンス液を供給するリンス液供給ノズル１０１，１０２が配置されている。リンス液としては、純水を含まない液体である。純水はリンス液として好ましく使用される。

図４は押圧部材８４の一実施形態を示す上面図であり、図５は図４に示す押圧部材８４の側面図である。押圧部材８４は、基板Ｗの曲率と同じ曲率を有する円弧形状を有した突起部４４ａを有している。このような形状の突起部４４ａを持つ押圧部材８４は、研磨テープ７２と基板Ｗとの接触時間および接触圧力を被研磨領域全体に亘って均一とすることができる。

基板Ｗの表面のエッジ部は次のようにして研磨される。研磨される基板Ｗは、その裏面が下向きの状態で、基板ステージ７６の保持面７５上に載置され、さらに基板Ｗの裏面が基板ステージ７６に保持される。基板保持部７１のステージモータ７９は、基板ステージ７６に保持された基板Ｗをその軸線を中心として回転させる。さらに、回転する基板Ｗの表面および裏面にリンス液供給ノズル１０１，１０２からリンス液を供給する。

リンス液を基板Ｗの表面および裏面に供給しながら、研磨ヘッド７４のエアシリンダ８６を駆動させ、押圧部材８４で研磨テープ７２を基板Ｗの表面のエッジ部に押し付ける。研磨テープ７２は、基板Ｗの表面のエッジ部に摺接し、これによりエッジ部の研磨が開始される。

図６に示すように、押圧部材４４が研磨テープ７２を基板Ｗの表面のエッジ部に押し付けながら、研磨ヘッド移動装置５５は、研磨ヘッド７４（押圧部材４４を含む）および研磨テープ７２を基板Ｗの半径方向外側に移動させる。基板Ｗのエッジ部は、リンス液の存在下で研磨テープ７２によって研磨される。リンス液は基板Ｗの内側から外側に流れ、研磨屑はリンス液によって基板Ｗから除去される。このようにして、エッジ研磨ユニット１１は、基板Ｗの表面のエッジ部のみを局所的に研磨することができる。

図１に示す表面状態測定器４は、基板の中心部からエッジ部まで基板の半径方向に並ぶ複数の測定点において基板の膜厚（表面状態）を測定するように構成されている。図７は、ＣＭＰユニット１０によって基板が研磨された後に表面状態測定器４によって測定された基板の膜厚の分布、すなわち膜厚プロファイルを示すグラフである。図７の縦軸は膜厚を表し、横軸は基板の半径方向に沿って並ぶ測定点の位置を表している。表面状態測定器４は、膜厚の測定値、および対応する測定点の位置を図１に示す動作コントローラ３０に送信するように構成されている。

動作コントローラ３０は、その記憶装置３０ａ内にエッジ研磨データベースを予め記憶している。このエッジ研磨データベースは、研磨時間と、基板の表面状態（本実施形態では膜厚）との相関関係を示すデータベースである。研磨時間は、研磨テープ７２が基板のエッジ部に押し付けられる時間である。一実施形態では、エッジ研磨データベースは、研磨荷重と、研磨時間と、基板の表面状態との相関関係を示すデータベースであってもよい。研磨荷重は、エッジ研磨ユニット１１の研磨ヘッド７４が研磨テープ７２に加える荷重である。

動作コントローラ３０は、先に研磨された基板の膜厚（表面状態）の測定値とエッジ研磨データベースとに基づいて、後続の基板の研磨条件を決定するように構成されている。より具体的には、動作コントローラ３０は、研磨された基板の表面のエッジ部と基準領域との間の膜厚の差を算出し、この膜厚の差をなくすために必要な研磨条件をエッジ研磨データベースに基づいて決定する。基準領域とは、基板の表面上に予め定義された、エッジ部以外の領域である。例えば、図７に示すように、基準領域は、基板の表面の中心領域、すなわち基板の中心を含み、かつエッジ部よりも内側に位置する領域である。エッジ部は、基板の表面内の最も外側の領域である。例えば、エッジ部は、数ｍｍの幅を持つ環状の領域である。本実施形態では、エッジ部は、２ｍｍの幅を持つ環状の領域である。エッジ部と基準領域との間の膜厚の差は、エッジ部と基準領域との間の表面状態の差（ばらつき）に相当する。

図８は、エッジ研磨データベースの一例を示すグラフである。図８の縦軸は基板の膜厚（表面状態）を表し、横軸は研磨時間を表している。図８に示す実施形態では、エッジ研磨データベースは、研磨時間と、基板の表面状態（本実施形態では膜厚）との相関関係を示すデータベースである。図８の記号Ｎ１は予め設定された研磨荷重を表している。動作コントローラ３０は、膜厚の差をなくすために必要な研磨条件をエッジ研磨データベースに基づいて決定する。例えば、膜厚の差が図８に示す膜厚Ｄ１に相当する場合、膜厚Ｄ１を除去するための研磨条件は、研磨時間ｔ１を少なくとも含む。

動作コントローラ３０は、上記決定された研磨条件で基板の表面のエッジ部を研磨するようにエッジ研磨ユニット１１に指令を発する。すなわち、エッジ研磨ユニット１１の研磨ヘッド７４は、予め設定された研磨荷重Ｎ１を研磨テープ７２に加えながら、研磨時間ｔ１の間、研磨テープ７２を基板Ｗのエッジ部に接触させる。このように、エッジ研磨ユニット１１は、決定された研磨条件で基板の表面のエッジ部を研磨することによって、膜厚の差をなくすことができる。

図９は、エッジ研磨データベースの他の例を示すグラフである。図９に示す実施形態では、エッジ研磨データベースは、研磨荷重と、研磨時間と、基板の表面状態（本実施形態では膜厚）との相関関係を示すデータベースである。図９の記号Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４は研磨荷重を表している。研磨荷重Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４の関係は、Ｎ１＞Ｎ２＞Ｎ３＞Ｎ４である。

動作コントローラ３０は、膜厚の差をなくすために必要な研磨条件をエッジ研磨データベースに基づいて決定する。例えば、膜厚の差が図９に示す膜厚Ｄ１に相当する場合、膜厚Ｄ１を除去するための研磨条件は、以下の通りである。
研磨条件１：研磨荷重Ｎ１、研磨時間ｔ１
研磨条件２：研磨荷重Ｎ２、研磨時間ｔ２
研磨条件３：研磨荷重Ｎ３、研磨時間ｔ３
研磨条件４：研磨荷重Ｎ４、研磨時間ｔ４
ただし、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ４である。

動作コントローラ３０は、研磨条件１〜４のうちから１つの研磨条件を決定し、決定された研磨条件で基板の表面のエッジ部を研磨するようにエッジ研磨ユニット１１に指令を発する。例えば、上記研磨条件３が決定された場合は、エッジ研磨ユニット１１の研磨ヘッド７４は、研磨荷重Ｎ３を研磨テープ７２に加えながら、研磨時間ｔ３の間、研磨テープ７２を基板Ｗのエッジ部に接触させる。

次に、基板の表面を平坦化させるための研磨方法の一実施形態について、図１０に示すフローチャートを参照して説明する。第１の基板（第１のウェーハ）は、搬送ロボット３，１５によってフロントロード部１上の基板カセットからＣＭＰユニット１０に搬送される。ＣＭＰユニット１０は第１の基板の表面全体を研磨する化学機械研磨工程を実行する（ステップ１）。この化学機械研磨工程は、図２を参照して説明した態様で実行される。

研磨された第１の基板は洗浄ユニット２０で洗浄され、さらに乾燥ユニット２１で乾燥される（ステップ２）。乾燥された第１の基板は第１の搬送ロボット３によって表面状態測定器４に搬送され、表面状態測定器４により複数の測定点での第１の基板の膜厚が測定される（ステップ３）。膜厚の測定値、および対応する測定点の位置は動作コントローラ３０に送信される。動作コントローラ３０は、研磨された第１の基板の表面上の膜厚の差をなくすために必要な研磨条件を決定する（ステップ４）。より具体的には、動作コントローラ３０は、研磨された第１の基板の表面のエッジ部と基準領域との間の膜厚の差を算出し、この膜厚の差をなくすために必要な研磨条件をエッジ研磨データベースに基づいて決定する。第１の基板は基板カセットに戻される。

次に、第２の基板（第２のウェーハ）が同じ基板カセットから取り出され、エッジ研磨ユニット１１に搬送される。エッジ研磨ユニット１１は、動作コントローラ３０によって決定された研磨条件の下で第２の基板の表面のエッジ部を研磨するエッジ研磨工程を実行する（ステップ５）。このエッジ研磨工程は、図３および図６を参照して説明した態様で実行される。エッジ部が研磨された第２の基板は第２の搬送ロボット１５によってＣＭＰユニット１０に搬送され、ＣＭＰユニット１０は第２の基板の表面全体を研磨する化学機械研磨工程を実行する（ステップ６）。この化学機械研磨工程は、図２を参照して説明した態様で実行される。表面全体が研磨された第２の基板は洗浄ユニット２０で洗浄され、さらに乾燥ユニット２１で乾燥される（ステップ７）。乾燥された第２の基板は基板カセットに戻される。乾燥された第２の基板を基板カセットに戻す前に表面状態測定器４に搬送し、表面状態測定器４で第２の基板の膜厚を測定してもよい。

同一の基板カセット内に収容されている第１の基板および第２の基板は、概ね同じ膜厚プロファイルを有している。本実施形態によれば、ＣＭＰユニット１０で研磨された第１の基板の膜厚の測定結果に基づいて、次の第２の基板の研磨条件が決定される。すなわち、化学機械研磨工程の後に想定される膜厚のばらつきを解消する研磨条件下でエッジ研磨工程が実行される。したがって、ＣＭＰユニット１０およびエッジ研磨ユニット１１は、第２の基板の表面全体を平坦化することが可能である。

本実施形態では、第２の基板のエッジ研磨工程が先に行われ、その後に第２の基板の化学機械研磨工程が行われる。これは、エッジ研磨ユニット１１の研磨テープ７２で第２の基板上に形成された研磨痕を、ＣＭＰユニット１０によって除去するためである。したがって、本実施形態によれば、第２の基板の表面を鏡面に仕上げることが可能である。しかしながら、一実施形態では、第２の基板の化学機械研磨工程を先に行い、その後に第２の基板のエッジ研磨工程を行ってもよい。

図１１は、基板の表面を平坦化させるための研磨方法の他の実施形態を示すフローチャートである。基板（ウェーハ）は、第１の搬送ロボット３によってフロントロード部１上の基板カセットから表面状態測定器４に搬送され、表面状態測定器４により複数の測定点での基板の膜厚が測定される（ステップ１）。膜厚の測定値、および対応する測定点の位置は動作コントローラ３０に送信される。動作コントローラ３０は、研磨された基板の表面上の膜厚の差をなくすために必要な研磨条件を決定する（ステップ２）。より具体的には、動作コントローラ３０は、研磨された基板の表面のエッジ部と基準領域との間の膜厚の差を算出し、この膜厚の差をなくすために必要な研磨条件をエッジ研磨データベースに基づいて決定する。

膜厚の測定後、基板は第１の搬送ロボット３によって表面状態測定器４から取り出され、搬送ロボット３，１５によってエッジ研磨ユニット１１に搬送される。エッジ研磨ユニット１１は、動作コントローラ３０によって決定された研磨条件の下で基板の表面のエッジ部を研磨するエッジ研磨工程を実行する（ステップ３）。このエッジ研磨工程は、図３および図６を参照して説明した態様で実行される。

エッジ部が研磨された基板は第２の搬送ロボット１５によってＣＭＰユニット１０に搬送され、ＣＭＰユニット１０は基板の表面全体を研磨する化学機械研磨工程を実行する（ステップ４）。この化学機械研磨工程は、図２を参照して説明した態様で実行される。表面全体が研磨された基板は洗浄ユニット２０で洗浄され、さらに乾燥ユニット２１で乾燥される（ステップ５）。乾燥された基板は基板カセットに戻される。乾燥された基板を基板カセットに戻す前に表面状態測定器４に搬送し、表面状態測定器４で基板の膜厚を測定してもよい。

図１１に示す実施形態では、１枚の基板に対して、膜厚の測定、エッジ部の研磨条件の決定、エッジ研磨工程、およびＣＭＰ工程の順で処理が実行される。一実施形態では、１枚の基板に対して、膜厚の測定、エッジ部の研磨条件の決定、ＣＭＰ工程、およびエッジ研磨工程の順で実行されてもよい。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１ フロントロード部
２ ロードアンロード部
３ 第１の搬送ロボット
４ 表面状態測定器
１０ ＣＭＰユニット
１１ エッジ研磨ユニット
１５ 第２の搬送ロボット
１７ 第１の基板ステーション
１８ 第２の基板ステーション
２０ 洗浄ユニット
２１ 乾燥ユニット
２４ 第３の搬送ロボット
２５ 第４の搬送ロボット
３０ 動作コントローラ
４０ 研磨パッド
４１ 研磨テーブル
４３ トップリング
４６ スラリー供給ノズル
４７ テーブル軸
４８ テーブルモータ
５０ トップリングシャフト
７１ 基板保持部
７２ 研磨テープ
７４ 研磨ヘッド
７５ 保持面
７６ 基板ステージ
７９ ステージモータ
８０ 真空ライン
８３ ローラー
８４ 押圧部材
８６ エアシリンダ
９１ 巻き出しリール
９２ 巻き取りリール
９５ 研磨ヘッド移動装置
９７ ボールねじ
９８ サーボモータ
１０１，１０２ リンス液供給ノズル

Claims (14)

1. スラリーを研磨面に供給しながら第１の基板の表面全体を前記研磨面に摺接させて前記第１の基板の表面全体を研磨し、
   前記第１の基板の表面上の複数の測定点での表面状態を測定し、
   前記表面状態の測定値とエッジ研磨データベースとに基づいて研磨条件を決定し、
   スラリーを前記研磨面に供給しながら第２の基板の表面全体を前記研磨面に摺接させる化学機械研磨工程、および前記第２の基板のエッジ部を研磨具で局所的に研磨するエッジ研磨工程のうちのいずれか一方を実行し、その後、
   前記化学機械研磨工程および前記エッジ研磨工程のうちの他方を前記第２の基板に対して実行し、
   前記エッジ研磨工程は、前記決定された研磨条件下で実行され、
   前記エッジ研磨データベースは、研磨時間と、基板の表面状態との相関関係を示すデータベースであることを特徴とする研磨方法。
2. 前記第２の基板に対して前記エッジ研磨工程を実行し、その後、前記第２の基板に対して前記化学機械研磨工程を実行することを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
3. 基板の表面状態は、基板の膜厚、基板の表面粗さ、または基板の表面上のパーティクルの数であることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨方法。
4. 前記研磨条件を決定する工程は、前記第１の基板の表面のエッジ部と基準領域との間の膜厚の差を算出し、前記膜厚の差をなくすために必要な研磨条件をエッジ研磨データベースに基づいて決定する工程であることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
5. 前記エッジ研磨工程は、砥粒を含まない液体を前記第２の基板に供給しながら、前記研磨具を前記第２の基板のエッジ部に摺接させる工程であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の研磨方法。
6. 前記研磨具の研磨面は、前記基板の表面よりも小さな面積を有することを特徴とする請求項５に記載の研磨方法。
7. 前記エッジ研磨データベースは、研磨荷重と、研磨時間と、基板の表面状態との相関関係を示すデータベースであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の研磨方法。
8. 基板の表面上の複数の測定点での表面状態を測定し、
   前記表面状態の測定値とエッジ研磨データベースとに基づいて研磨条件を決定し、
   スラリーを研磨面に供給しながら基板の表面全体を前記研磨面に摺接させる化学機械研磨工程、および前記基板のエッジ部を研磨具で局所的に研磨するエッジ研磨工程のうちのいずれか一方を実行し、その後、
   前記化学機械研磨工程および前記エッジ研磨工程のうちの他方を前記基板に対して実行し、
   前記エッジ研磨工程は、前記決定された研磨条件下で実行され、
   前記エッジ研磨データベースは、研磨時間と、基板の表面状態との相関関係を示すデータベースであることを特徴とする研磨方法。
9. 前記基板に対して前記エッジ研磨工程を実行し、その後、前記基板に対して前記化学機械研磨工程を実行することを特徴とする請求項８に記載の研磨方法。
10. 基板の表面状態は、基板の膜厚、基板の表面粗さ、または基板の表面上のパーティクルの数であることを特徴とする請求項８または９に記載の研磨方法。
11. 前記研磨条件を決定する工程は、前記基板の表面のエッジ部と基準領域との間の膜厚の差を算出し、前記膜厚の差をなくすために必要な研磨条件をエッジ研磨データベースに基づいて決定する工程であることを特徴とする請求項８に記載の研磨方法。
12. 前記エッジ研磨工程は、砥粒を含まない液体を前記基板に供給しながら、前記研磨具を前記基板のエッジ部に摺接させる工程であることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の研磨方法。
13. 前記研磨具の研磨面は、前記基板の表面よりも小さな面積を有することを特徴とする請求項１２に記載の研磨方法。
14. 前記エッジ研磨データベースは、研磨荷重と、研磨時間と、基板の表面状態との相関関係を示すデータベースであることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか一項に記載の研磨方法。

Images